先行区水动力与水质模型构建0107

施工费用 工程量
安全性
经济性
一、目的和意义
构建生态新区和海绵城市的支撑需要
蓝绿交织的生态网络 城水共融的空间格局
桑梓高新产业基地 科创中心 崔寨知识型产业基地 济阳先进制造业基地 均在河网的上游地区
现状河道流速较慢，水动力条件 差，自净能力相对较弱，存在着 较高的水质恶化风险
通过模型方法，确定合理的管网 管径、河道断面、泵站规模，在满足排 水要求的前提下，为构建海绵城市和生 态水系建设提供科学决策支撑
一、目的和意义
水务平台、智慧城市的建设需要
智慧水务是利用新一代信息技 术，通过传感器技术、网络和 移动系统与水务信息系统的结 合，构建成全方位的水务管理 系统
按“智慧宜居”的理念，先行 区规划建立“智能高效的城市 运营模式”，智慧水务的建设 势在必行。
城市水模型是未来实施智慧水务的基础 条件，是建设数字化城市、智慧城市的重要 数据来源。在规划建设阶段构建城市水模型， 有利于智慧水务建设的进程。
随着GIS技术的不断发展,城市水模 型越来越多的与其相结合，其功能 性与指导性也大大加强
一、目的和意义
高标准水安全的规划需要
黄河冲积平原内，高程差异小，仅有 万分之二，且水动力情况复杂，先行区内 防洪排涝压力较大
防洪：保障黄河防洪安全
排涝：北部徒骇河 当徒骇河上游遭遇较大强度暴
雨时，徒骇河的水位较高，对先行区 内主要排涝河道产生顶托作用，造成 区域排水排涝不畅，容易产生内涝
对流扩散模块（AD）
洪水预报模块（FF）
重金属分析模块（WQHM）
GIS模块
泥沙输运模块（ST） 水工结构分析模块（SO）
二、软件开发平台比选——MIKE 21
MIKE21是专业的二维自由水面流动模拟系统工程软件包，适用于湖泊、河口、 海湾和海岸地区的水力及其相关现象的平面二维仿真模拟。MIKE21采用标准的二维 模拟技术为设计者提供独特灵活的仿真模拟环境。
河网模型采用MIKE11进行模拟，该模型是基于垂向积分的物质和动量守恒方程， 即圣维南方程组。
输入信息：
• 模型范围； • 地形描述； • 河道及滩区糙率； • 时间步长和模拟周期；
• 输出结果的类型及频率； • 实测水位流量数据，用于初始条件、边界条件
及模型率定； • 闸门/堰的设置及调度规则。
杭州 三、技术路线——工作任务（管网模型）
排
检查井
水
管
截流井
网
雨（污）水管道
MIKE URBAN 管流模块
旱季污水模块 降雨径流模块 管网汇流模块
实现对节点入流、管道流量、管道充满度、水位变化、倒灌、回流、人孔溢流、自 由水面和承压流等问题的模拟，可为截污工程和初雨调蓄工程提供基准模型和工程后的 优化方案计算。
三、技术路线——工作任务（城镇地表模型）
数据收集： • 地形数据导入（C-map, XYZ, GIS,
CAD,纸制海图等） • 边界实测数据和验证数据 • 数据处理（地形插值、 边界文件
制作）
三、技术路线——工作任务（城镇污染负荷模型）
流域（区域）污染负荷包括点源污染与面源污染，污染负荷的准确计算关系到整个 系统中水质状况的本底值及边界条件。
用户答疑，产品月报， 技术支持论坛
二、软件开发平台比选——MIKE 11
主要用于河口、河流、灌溉系统和其他内陆水域的水文学、水力学、水质和 泥沙传输模拟，在防汛洪水预报、水资源水量水质管理、水利工程规划设计论证均 可得到广泛应用。
水动力学模块（HD） 降雨径流模块（RR）
溃坝分析模块（DB）
水质模块（WQ）
污
农业污染
染
负
畜禽养殖污染
荷
生活污染
类
型
点源污染污染
引入时间分配系数，按月分配 受降雨径流影响，按日净雨量进行分配
基于ArcGIS软件进行开发，采 用流域污染物负荷评估模型（Load Calculator）进行污染物负荷模拟
三、技术路线——工作任务（水质模型）
先行区生态环境本底较好，对水环境状况有较高要求。水质模型基于污染负荷 边界条件与河道、管网水动力结果，可针对性地解决先行区相关水质问题。分析污染 物的对流扩散规律，以及模拟化学与生态系统之间的相互作用和形态变异过程，进而 模拟水体水质变化、富营养化、重金属分布和生态状况等
水文模型
水文模型
降雨径流模块 河网汇流模块 管网汇流模块
水质模型搭建 模型耦合
水动力模型
河网模型
河道 渠道 闸泵
管网模型
雨水管网 污水管网
检查井 截流井
地表漫流模型 自然地形 城镇地物
现状评估 设计方案优化 智慧水务运营决策支持
水质模型 耦合模型
水质模型
溶解氧 氨氮 BOD5 COD
●●●
污染负荷模型
软件、用户手册、参 考文献可从官网免费 下载
水动力、降雨径流、水质、 实时监控
水动力、降雨径流（PDM）、 水质
与MIKE 11相 似
GIS、Delft-FEWS洪水 早期预警系统
答疑，一年内软件免费 更新；软件支持系统网 站提供大部分软件产品 的销售和服务功能。
收敛快，计算速度较慢
FloodWorks洪水风险管理 实时决策支持系统， InfoNet 模 型 和 GIS 无 缝 连 接的市政管网基础设施信 息管理系统
URBAN的典型应用包括合流下水道溢出研究(CSO)，生活污水管溢出(SSO)， 复杂RTC 计算和分析， 分析和诊断现有雨水和生活污水管系统问题。
下水道系统的退水时间？ 超负荷载的主要原因？ 是否需要替换有问题的下水道,安装
新的水槽和堰等？ 运行规则的改变对环境将产生怎样的
长期影响？ 沉淀物会滞留在下水道中的什么位置,
为什么会滞留？ 暴雨之后,在溢流堰和污水处理厂的
污染物状况？
三、技术路线——技术流程
基础数据收集
基础数据收集
降 雨 蒸 发 资 料
水 位 径 流 资 料
下 垫 面 数 据
地 表 高 程 数 据
河 道 断 面 资 料
水 工 建 筑 物 资 料
管 网 数 据 库
污 染 源 数 据
● ● ●
水文模型构建 水动力模型搭建
生活污染 畜禽养殖污染
农业污染 点源污染
现状评估
设计方案优化
智慧水务运营决策支持
三、技术路线——工作任务
杭州
构建先行区水动力与水质模型
水文模型
城镇地表模型
河网水动力模型
城镇污染负荷模型
管网模型
水质模型
水文学 河流动力学计算机技术
自动化技术
传热传质学
管道水力学
基于DHI MIKE系列软件
模型集成应用
MIKE 11
HEC-RAS
SOBEK-Rural
InfoWorks RS
主要 功能
运算 特性
平台 扩展
水动力、降雨径流、泥 沙、洪水预报、水质
稳定性好，速度快
GIS、Google Earth、 DSS
水动力、泥沙、水 质
稳定性一般，计算 速度较慢
HEC-GeoRAS， GIS
售后 服务
一年内免费软件更新与 答疑，qq群、微博等有 专门技术人员维护，双 月简报
先行区面积广阔，地势平坦，容易积涝成灾。基于自然地形资料与城市地物资料可 建立城镇地表漫流模型，该模型与河网、管网模型耦合计算，用于模拟区域内遭遇设计 暴雨时地表的淹没范围、淹没深度以及淹没时长，进而评价城镇内涝风险等级，为排水 管网设计改良、排水系统优化调度提供决策支持。
采用MIKE 21软件进行建模
智慧化信息平台设计与开发
三、技术路线——工作任务（水文模型）
杭州
先行区大部现状为农业用地，工程干扰较小，新城规划建设后，下垫面情况会发生 较大变化，地表产汇流过程也会随之改变。水文模型用于描述自然水文循环过程，基于 地形地貌及用地类型等基本资料，通过降雨径流模块对流域产汇流过程进行计算，为河 网模型、管网模型及流域面源负荷模型提供流量输入。
城市区域 非城市区域
采用MIKE URBAN CS降雨径流模块进行计算 采用MIKE 11 NAM模型进行非城区的降雨产汇流计算
适用性好 数据需求量小 计算原理简单 参数定义明确
杭州 三、技术路线——工作任务（河网水动力模型）
先行区位于黄河冲积平原内，河渠纵横交错，在区域中起到重要的防洪、排涝及灌 溉功能。区域内河网水系关系复杂，宜建立一维河网模型评估河渠水动力条件，分析现 状防洪排涝系统中存在的问题，合理规划闸泵工程、河道疏浚拓宽工程等，为设计过程 中工程规模比选和工程前/后闸泵联调方案提供技术支撑。此外，水动力模型可为水质模 型提供水流输入条件。
杭州 三、技术路线——测绘方案 本次作业范围主要位于先行区黄河以北区域内，北至徒骇河，南至黄河大堤。包括六六河、齐济河、牧马河、垛石河、 大寺河和大王庙干渠的等6条河（渠）道纵横断面。
按照大寺河--牧马河--垛石河--齐济河--六六河--大王庙干渠的先后顺序开展测量，按测绘顺序分阶段提交成果。具 体包括横断面、纵断面以及加密测量工作。要求形成纵横断面成果表、图。其中纵断面图水平比例为1:25000，竖直比例 为1:100；横断面图水平比例为1:1000，竖直比例为1:100。
主要用于河口、河流、海洋、水库等地表水体流动、波浪、水环境变化、泥沙 运移等二维水利专业工程软件。
二维水动力模型
波浪模型
泥沙运移模型
富营养模型
水质运移模型
二、软件开发平台比选——MIKE URBAN
URBAN是模拟城市排水，污水系统的水文水力学和水质等集成工程软件,它集 成了城市下水系统中的表面流,明渠流,管流,水质,和泥沙传输等模型。
范、辐射”作用
高起点策划规划 高标准 多规合一 一张蓝图干到底
充分借鉴雄安，形成先行区特色的四大理念 绿色低碳 智慧宜居 创新驱动
文化传承
一、目的和意义 规划定位 全国首创 先行先试的高标准定位
低碳绿色发展的理念 蓝绿交织的生态网格 城水共融的城市空间 蓝色空间规划 建立在水文、水动力数据系统性的整理、分析、运用之上 有效工具 水动力与水质数值模型
序号 1 2 3 4
5 6 合计
总体工作量预估约137公里
河道名称 六六河
长度 （米）
4411.6
横断/1000m (个）
5
齐济河
33711.88
34
大王庙干渠
13823
14
大寺河
43788.7
水模型
规划
施工 运营
管理
二、软件开发平台比选——各平台比选
目前国际上使用较为广泛的水文水动力模型主要有丹麦DHI研发的MIKE 11、 美国陆军工程兵团研发的HEC-RAS、荷兰Deltares三角洲研究院研发的SOBEKRural、英国Wallingford公司研发的InfoWorks RS等。
城市雨洪管理
水资源配置
水质控制
一、目的和意义
早期，欧美、日本等发达国家对城市水模型研究较多 开发了不同的雨水利用模型，常用的城市暴雨径流模型主要有： SWMM、HSPF、STORM、DR3M-QUAL、WASP和MIKE等。
这些模型都可以对整个城市的降雨 径流过程进行量和质的准确模拟
我国起步较晚，但也已有较多应用
运用数值模拟的方法，可构建全区 域的水文、水动力模型，模拟各种工况， 统筹考虑新区的水安全策略，系统上实 现水安全的规划目标。
河
徒
赵 晏 黄
骇
李 六
家
岸六 干
渠
牧 齐
溜马 济 齐
河
济
垛 邢
家石 渡 干河 渠
大
寺 澄波湖
簸 河箕
刘Biblioteka Baidu
牛沟
河
大 王
河庙
沟 万亩
巨
河
野
干 渠
鹊山 水库
荷塘
河
河
晏子湖
虹吸干北 太 平 河 渠
水质模型拟采用生态数值模拟软件ECO Lab搭建
水质指标：
水体溶解氧（DO） 氨氮（NH4-N+） 硝酸盐氮（NO3-） 生化需氧量（BOD5） 磷（颗粒性和溶解性磷） 化学需氧量（COD）
三、技术路线——工作任务（模型集成应用）
水文、水动力和水质模型相互耦合，可实现先行区模型各组分间的联合求解和相互作 用。通过模型集成应用，实现管网溢流、河堤漫流、内涝风险评估、方案评估、积水分析、 动态模拟以及可视化等功能。
济南先行区 水动力与水质数值模型构建
项目建议书
目录
• 一、目的和意义 • 二、软件开发平台比选 • 三、技术路线 • 四、工作进度安排 • 五、费用概算
一、目的和意义
济南新旧动能转换先行区
从“大明湖时代”向“黄河时代” 的历史性跨越。
构建“一先三区两高地”核心布局 建成“大强美富通”的现代化省会 发挥省会“龙头、领跑、带动、示
华山湖
清
韩
小 汉
仓
南太平
小
河
峪河 沟
一、目的和意义
河网水系和排水管网设计的验证需要
依据现有地形条件，先行区依靠重力进行自然排水存在较大困难。
通过场地、道路的竖向控制，降低城市的内涝风险，预留排水设施用地和行泄通道用地 高标准规划建设城市防涝工程体系，做好排水管网和防涝系统双排水系统规划
方案 增加大面积的湖河水域 抬高地平 …… 铺设排水管网